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Physical
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188 mm
(1)
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de 0,07 mm
(1)
[8][_]
0,05 mm
(1)
[9][_]
de 90 m/s
(1)
[10][_]
12kg/h
(1)
[11][_]
1 bar
(1)
[12][_]
100 kg/h
(1)
[13][_]
350 kg/h.
(1)
[14][_]
Gene Or Protein
(2/ 4)
[15][_]
Trou
(3)
[16][_]
Est-a
(1)
[17][_]
Molecule
(2/ 2)
[18][_]
gold
(1)
[19][_]
carac
(1)
[20][_]
Generic
(1/ 2)
[21][_]
metal
(2)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520061A1
Family ID 8098654
Probable Assignee Neu Ets
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title JOINT D'ETANCHEITE HYDRODYNAMIQUE DE TRAVERSEE D'ARBRE POUR
COMPRESSEURS A HAUTE PRESSION
EN Title HYDRODYNAMIC COMPRESSOR SHAFT SEALING JOINT - HAS TWO SEAL
RINGS AND LABYRINTH GLAND TO FORM OIL CLEARANCES
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN JOINT D'ETANCHEITE A PORTANCE HYDRODYNAMIQUE
POUR TRAVERSEE D'ARBRE DE COMPRESSEUR DE GAZ A HAUTE PRESSION.
LE JOINT COMPREND UN SUPPORT 3 POUR UNE BAGUE PRIMAIRE 1 D'ETANCHEITE
COTE-GAZ ET UNE BAGUE SECONDAIRE 2 D'ETANCHEITE COTE-AIR, D'UNE
LARGEUR BIEN INFERIEURE A CELLE DE LA BAGUE PRIMAIRE, ET EN OUTRE UN
CIRCUIT D'HUILE REMPLISSANT UNE FONCTION DE PORTANCE, D'ETANCHEITE ET
DE REFROIDISSEMENT ET COMPORTANT UN CONDUIT D'ARRIVEE D'HUILE 6 ET
DEUX CONDUITS DE DECHARGE D'HUILE 9, 10, AINSI QU'UN JOINT
D'ETANCHEITE EN LABYRINTHE 12 PLACE DU COTE-GAZ ET UN JOINT
D'ETANCHEITE COTE-AIR 11, LES DEUX BAGUES ETANT SEPAREES PAR UNE
RONDELLE ELASTIQUE 5.
APPLICATION AUX COMPRESSEURS.
The seal for a shaft has a sealing ring support (3) and a primary ring
(1) on the gas side. A secondary ring (2) is placed on the air side
and is thinner than the primary. An oil circuit (6,9,10) feeds oil for
load carrying, sealing and cooling. An injection pipe (6) feeds both
rings and there are two oil outlet pipes (9,10) formed in the support.
There is a labyrinth seal (12) on the shaft (4), on the gas side, to
prevent oil being carried over with compressed air and another seal
(11) on the air side.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un joint d'etancheite hydrodynamique de
traversee d'arbre pour compresseurs a haute pression.
Dans des compresseurs a haute pression pour fluides gazeux,des fuites
de gaz ont tendance a se produire, sous l'effet de pressions
elevees,dans la zone de traversee ou l'arbre de rotor sort du carter
de la machine. Dans les realisations connues,on prevoit generalement
dans cette zone des coussinets lisses dont le jeu est reduit au
minimum admissible et qui cooperent avec des bagues d'etancheite.
Cependant ces agencements,meme s'ils donnent satisfaction au debut,ne
permettent pas de resoudre le probleme des fuites d'une maniere
correcte et stable dans le temps.
La presente invention a pour but de remedier aux inconvenients des
systemes connus et fait appel au principe de la portance
hydrodynamique pour la realisation d'un joint d'etancheite s'opposant
parfaitement aux fuites de gaz sous pressions elevees.
Le joint selon l'invention comprend essentiellement:
-un support pour bagues d'etancheite,
-des bagues d'etancheite comportant:
-une bague primaire d'etancheite cote-gaz,
pourvue de moyens de reduction de la portee de
travail et de l'echauffement,
-une bague secondaire d'etancheite cote-air,
d'une largeur bien inferieure a celle de la
bague primaire,
-un circuit d'huile a fonction de portance,
etancheite et refroidissement,comportant un
conduit d'injection d'huile menage dans ledit
support et debouchant sur la peripherie des
bagues,deux conduits de decharge d'huile mena
ges egalement dans ledit support,partant res
pectivement de l'extremite cote-gaz de la bague
primaire et de l'extremite cote-air de la
bague secondaire,ainsi qu'une structure
d'etancheite cooperant avec l'arbre et
empechant tout entratnement d'huile par le gaz
comprime,et une garniture d'etancheite cote
air.
L'invention peut egalement presenter les caracteristiques ci-apres
considerees isolement ou selon toutes leurs combinaisons techniquement
possibles:
-la bague primaire est profilee de maniere que
le rapport largeur-diametre soit voisin de 0,5;
-la bague primaire est pourvue,sur sa surface
de portee sur l'arbre de compresseur,d'un reve
tement an'ti-friction,dans lequel sont menagees
des rainures circulaires de laminage servant a
reduire la section de travail et l'echauffement;
-la bague primaire comporte dans sa surface
exterieure des gorges circulaires favorisant
son refroidissement par l'huile;
-le support de bague est profile interieurement
de maniere a menager,entre les surfaces delimi
tant son evidement interieur et les surfaces
exterieures des bagues,des passages d'ecoule
ment de l'huile pour ameliorer le refroidisse
ment desdites bagues;;
-la structure d'etancheite cooperant avec l'ar
bre forme un joint a labyrinthe;
-il est prevu entre les deux bagues d'etancheite
une rondelle de structure elastique en epais
seur,par exemple une rondelle ondulee Borelli,
pour maintenir le calage entre les bagues,
-le joint comporte en outre des moyens pour
recuperer et degazer l'huile sortant de la bague
primaire avant son recyclage dans le circuit.
D'autres avantages et caracteristiques de l'invention seront mis en
evidence dans la description ci apres,dohnee a titre d'exemple non
limitatif,en reference aux dessins annexes dans lesquels:
Fig.1 est une vue en coupe longitudinale simplifiee d'un compresseur
haute-pression montrant le montage du joint d'etancheite a bagues
primaire et secondaire selon l'invention sur l'arbre de rotor;
Fig.2 est une vue en coupe d'un mode de realisation de la bague
primaire;
Fig.3 est une vue en coupe d'un mode de realisation de la bague
secondaire,et
Fig.4 est une vue en coupe eclatee d'un mode de realisation du support
de bagues,realise en deux parties.
Sur la figure l,on a represente en coupe schematique une extremite
d'un compresseur de gaz a haute pression, comprenant un arbre 4
supportant un rotor,non visible sur la figure,qui tourne a l'interieur
d'un carter C. Le probleme a resoudre conformement a la presente
invention consiste a etablir une etancheite correcte entre le
cote-gaz,place a droite en regardant la figure 1 et le cote-air.
Le joint d'etancheite selon l'invention comprend:
-une bague primaire 1 placee du cote-gaz et montee sur l'arbre 4 avec
un jeu approprie indique en 13 et etabli par des moyens qui seront
definis us loin,
-une bague secondaire 2 placee du cote air et montee egalement avec un
jeu approprie sur l'arbre 2,
-un support de bagues,designe dans son ensemble par 3,et pourvu de
conduits permettant l'etablissement d'un circuit d'huile devant
remplir les fonctions de portance, etancheite et refroidissement.
La presente invention etablit essentiellement un palier hydrodynamique
etanche a l'extremite correspondante de l'arbre 2,la fonction de
portance,d'etancheite et de refroidissement etant remplie par de
l'huile sous pression.
Cette huile sous pression est introduite dans les logements formes
dans le corps 3 et occupes par les bagues 1,2,par l'intermediaire d'un
conduit d'admission 6 qui se termine par une embouchure 7 placee en
correspondance avec la bague primaire 1. Comme le montre la figure
l,les deux bagues 1,2 sont espacees l'une de l'autre d'un intervalle
qui peut prendre la valeur maximale designee par e sur la figure 1 et
dans lequel on interpose une rondelle 5 de structure elastique en
epaisseur pour faciliter le calage relatif des deux bagues.L'huile
sous pression arrivant par le conduit 6 et ayant penetre dans le
logement du corps passe dans ledit intervalle en ecartant l'une de
l'autre les bagues 1, 2 qui peuvent coulisser librement sur l'arbre et
dans leur logement, puis elle s'ecoule dans les intervalles de jeu
existant entre les bagues et l'arbre de maniere a remplir dans ces
zones la fonction de portance et d'etancheite. Ensuite l'huile
s'echappant de la bague primaire 1 situee du cote-gaz est canalisee
dans un conduit designe par 10 sur la figure 1 tandis que l'huile
s'echappant de la bague secondaire 2 situee du cote air est recuperee
dans une chambre 8 puis evacuee par un conduit de decharge 9.
Pour empecher l'introduction d'huile dans le gaz, un joint
d'etancheite 12 du type a labyrinthe est prevu. I1 assure par ailleurs
cote refoulement du compresseur une diminution de la pression au
niveau du joint par l'intermediaire d'un retour a l'aspiration 18.
Du cote air,il est prevu un joint d'etancheite a lamelles.
Malgre l'efficacite du joint en labyrinthe 12 situe cote-gaz,l'huile
evacuee par le conduit 10 est toujours polluee par le gaz car elle a
ete en contact avec lui et, pour cette raison,il est prevu,en
cooperation avec le joint d'etancheite selon l'invention,des moyens
pour recuperer et degazer l'huile sortant de la bague primaire avant
son recyclage dans le circuit,ces moyens tetant pas visibles sur la
figure 1.
On va maintenant decrire de facon plus detaillee chacun des composants
du joint d'etancheite selon l'invention.
Sur la figure 2,on a represente un mode de realisation de la bague
primaire 1. Cette bague comprend un corps 18 dont l'evidement
cylindrique est pourvu d'un revetement en metal anti-friction 19,par
exemple en regule. Pour reduire la surface de portee sur l'arbre et 1'
ehauffement,il est prevu dans le revetement 19 des rainures 25 entre
lesquelles subsistent des nervures 24. Pour ameliorer les conditions
de refroidissement de la bague, celle-ci est pourvue sur sa surface
peripherique de cannelures ou gorges 21 et en outre elle est montee
avec un jeu important dans le logement correspondant du support 3 de
facon a permettre un ecoulement d'huile dans cette zone et par
consequent une amelioration de son refroidissement.On a indique en 22
un trou dans lequel est engage un pion 23 destine a empecher un
mouvement de rotation de la bague par rapport a l'arbre,ce pion
coulissant dans une rainure correspondante menagee dans le support 3.
En outre la bague comporte l'extremite opposee a la collerette,une
rainure circulaire 20 destinee a recevoir une garniture de butee et
d'etancheite designee par 15 sur la figure 1. Sur la peripherie de la
bague,il est prevu un trou borgne- incline, designe par 40, dans
lequel vient s'engager une sonde par-prise de temperature,indiquee
schematiquement en 41 sur la figure 1.
Sur la figure 3,on a represente en coupe la bague secondaire 2,qui
comprend un corps 26 dont l'evidement interieur est pourvu d'un
revetement en metal anti-friction.
notamment en regule. Dans la surface peripherique de la collerette de
bague,il est prevu un trou 28 de reception d'un pion 29, qui joue le
meme role que le pion 23 de la bague primaire, Dans la face radiale de
droite,en considerant la figure 3,il est prevu une rainure circulaire
designee par 30 et dans laquelle on vient placer une garniture de
butee et d'etancheite,designee par 17 sur la figure 1.
Sur la figure 4,on a represente le support de bagues 3.Dans le mode de
realisation considere,ce support est realise en deux parties qui sont
dessinees sur la figure 4 en vue eclatee et qui sont emboitees l'une
dans l'autre pour former le support designe dans son ensemble par 3
sur la figure 1. Ce support 3 comporte deux corps designes
respectivement par A et B sur la figure 4.
Le corps A comporte un evidement delimite par une surface cylindrique
32,qui est destinee a recevoir la partie 21 a rainures circulaires de
la bague primaire 1 ainsi qu'un evidement delimite par la surface
cylindrique 33 et destine a recevoir d'une part la collerette 18 de la
bague primaire 1 et d'autre part une partie de la collerette 26 de la
bague secondaire 2. Dans ce corps A est menage le conduit 6
d'injection d'huile sous pression qui se termine par l'embouchure 7
couvrant la largeur de ladite partie 21 a gorges de la bague primaire
1. En considerant la figure 4, on voit qu'il est prevu sur la droite
du corps A une surface curviligne 31 qui delimite,en cooperation avec
une surface curviligne correspondante prevue sur le carter C du
compresseur,le conduit 10 de decharge d'huile cote-gaz.
Le corps A est en outre pourvu d'un evidement delimite par les
surfaces 35 et 36 et dans lequel vient s'emboiter le corps B qui
constitue en fait la chambre de recuperation d'huile cote air.
Le corps B comprend une surface cylindrique 37, destinee a s'embofter
dans l'evidement cylindrique defini par la surface 35 du corps A et en
outre une face radiale 38 destinee a s'appliquer de facon etanche,avec
interposition d'un joint loge dans la rainure circulaire 39,contre la
face radiale 36 du corps A. L'evidement defini par les surfaces 42, 43
et 44 complete le logement de la bague secondaire 2 et, a gauche de ce
logement,il est prevu un evidement 8 formant la chambre collectrice
d'huile cote-air,cette chambre etant reliee a un conduit de decharge
d'huile designe par 9.
Dans ce support 3 forme des corps A, B, sont logees les deux bagues
1,2 avec interposition d'une rondelle 5, qui est montee librement de
facon a assurer un calage relatif des bagues. Cette rondelle doit
presenter une certaine elasticite en epaisseur et on peut utiliser a
cet effet un genre de rondelle Belleville ou bien une rondelle de
profil ondule,par exemple une rondelle Borelli. Les deux bagues et
leurs supports sont formes d'acier presentant des caracteristiques
appropriees pour les temperatures d'utilisation du compresseur
haute-pression.
On a soumis, au stade experimental, le joint a portance hydrodynamique
selon l'invention a un essai d'etancheite.
On a utilise dans l'essai un moteur immerge ayant servi aux essais
d'un compresseur frigorifique,tournant a 9000 t/mn, en operant dans
les conditions suivantes:
-diametre interieur des bagues primaire et secondaire:
9 188 mm; deux jeux theoriques minimaux de 0,07 mm
et 0,05 mm,
-variation de la pression d'alimentation en huile
-variation de la pression d'etancheite cote primaire,
-mesures de la puissance dissipee dans le joint,des temperatures
d'entree et de sortie de l'huile des bagues primaire et secondaire
ainsi que des debits de fuite primaire et secondaire.
L'essai a demontre que ce joint d'etancheite etait tres efficace et
avait une bonne stabilite de fonctionnement. Ainsi pour une vitesse de
90 m/s,les temperatures de fonctionnement en regime permanent ont
atteint des valeurs comprises entre environ 120 et 1450C. On a
egalement etudie l'evolution du debit de fuite primaire en fonction de
la difference entre la pression moyenna d'alimentation et la
contre-pression de pressurisation,c'est-a-dire en fait la pression a
exercer pour l'etancheite. On a trouve les resultats suivants:des
debits de frite cote-primaire de gold- dre de 3 a 12kg/h pour une
pression d'etancheite de 0,2 a 1 bar,les debits de fuite
cote-secondaire variant parallelement entre 100 kg/h et 350 kg/h.
L'invention n'est pas limitee par la description ci-dessus qui est
relative a un mode de realisation prefere.
Elle couvre aussiles variantes et amenagements a la portee de l'homme
de l'art.
Claims
_________________________________________________________________
-REVENDICATIONS
1. point d'etancheite a portance hydrodynamique pour traversee d'arbre
de compresseur de gaz a haute pression,caracterise en ce qu'il
comprend essentiellement: -un support (3) pour bagues d'etancheite,
-des bagues d'etancheite comportant:-une bague primaire (1)
d'etancheite cote-gaz, pourvue de moyens de reduction de la portee de
travail et de l'echauffement,-une bague secondaire (2) d'etancheite
cote-air,d'une largeur bien inferieure a celle de la bague primaire,
-un circuit d'huile (6, 9, 10) a fonction de portance, etancheite et
refroidissement,comportant un conduit (6) d'injection d'huile menage
dans ledit support et debouchant sur la peripherie desbagues
(1,2),deux conduits (9,10) de decharge d'huile menages egalement dans
ledit support, partant respectivement de l'extremite cote-gaz de la
bague primaire (1) et de l'extremite cote-air de la bague secondaire
(2),et en outre une structure d'etancheite cote-gaz (12) cooperant
avec l'arbre (4) et empechant tout entrainement d'huile par le gaz
comprime,et une garniture d'etancheite cote-air (11).
2. Joint d'etancheite selon la revendication i carac terise en ce que
le rapport largeur/diametre de la bague primaire (1) est voisin de
0,5.
3. Joint d'etancheite selon l'une des revendications 1 ou
2,caracterise en ce que la bague primaire (1) est pourvue,sur sa
surface de portee sur l'arbre de compresseur,d'un revetement
anti-friction (19)dans lequel sont menagees des rainures circulaires
(25)de laminage,servant a reduire la section de travail et
l'echauffement.
4. Joint d'etancheite selon l'une quelconque des revendications 1 a
3,caracterise en ce que la bague primaire (1) comporte en outre,dans
sa surface exterieure, des gorges circulaires (21)favorisant son
refroidissement par l'huile.
5.Joint d'etancheite selon l'une quelconque des revendications 1 a
4,caracterise en ce que le support de bague (3, A, B) est profile
interieurement de maniere a menager,entre les surfaces (32, 33,42, 43,
44) delimitant son evidement interieur et les surfaces exterieures
(21, 45)des bagues (1,2),des passages d'ecoulement de l'huile pour
ameliorer le refroidissement desdites bagues.
6.doit d'etancheite selon l'une quelconque des revendications 1 a
5,caracterise en ce que ladite structure d'etancheite placee cote-gaz
et cooperant avec l'arbre forme un joint a labyrinthe (12)
7.Joint d'etancheite selon l'une quelconque des revendications 1 a
6,caracterise en ce qu'il est prevu entre les bagues une rondelle (5)
de structure elastique en epaisseur,par exemple une rondelle
Belleville ou une rondelle ondulee Borelli,pour maintenir un calage
relatif entre les bagues.
8. Joint d'etancheite selon l'une quelconque des revendications l a
7,caracterise en ce qu'il comporte en outre des moyens pour recuperer
et degazer l'huile sortant de la bague primaire avant son recyclage
dans le circuit.
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